Файл: Амитей Н. Теория и анализ фазированных антенных решеток.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 216
Скачиваний: 1
434 |
Глава 9 |
Величины ХАА и |
Х АВ являются коэффициентами отражения |
(в функции угла сканирования) на входах А и В соответственно, когда решетка возбуждается от согласованного генератора на входе /1, а к входу В подключена согласованная нагрузка. Анало
гично |
Х ВА и Х вв — коэффициенты |
отражения соответственно |
на входах А п В , когда возбуждается вход В, а к входу А подклю |
||
чена |
согласованная нагрузка. Таким |
образом, параметры ХАА, |
Х ВА, |
Х АВ и Х вв полностью определяют характеристики отраже |
|
ния |
решетки, и знания коэффициентов {САА}, {СА^}, |
{C^A} |
и {С^в } достаточно для описания зависимости согласования решет
ки от угла сканирования.
До сих пор мы рассматривали бесконечные решетки и их харак теристики согласования определяли с помощью бесконечных сумм коэффициентов рассеяния. Ниже мы убедимся, что бесконечные суммы без существенной потери точности можно заменить конеч ными частичными суммами доминирующих членов. Отсюда следу ет, что уравнения (15) и (16) можно также использовать для ана лиза элементов внутренней части больших конечных решеток.
3.2. Отраженная мощность в ФАР
Во многих элементах реальных решеток каждый вход соответ ствует некоторой заданной поляризации поля излучения. Следова тельно, при работе решетки возбуждается только один из ее вхо дов (например, вход 1 на рис. 9.11), а другой вход идеально нагру жен (т. е. / 2 = 0). (Случай I 2 Ф 0 можно анализировать аналогич ным образом.) При этом уравнения (15) и (16) сводятся к уравне ниям
(17)
(18)
которые представляют собой два линейных уравнения для коэффи циентов отражения 7?1//1 и В 2/11. Отраженные нормированные мощности соответственно равны | i?1/ / 1 |2 и | В 2ИХ |2. Аналогично, если возбуждается вход 2, а вход 1 подключен к идеальной нагруз ке, получаем
(19)
Ез = -Jr Ez+ —j2~Et, |
(20) |
где В ХИ2 и В 2/11 — коэффициенты отражения соответственно на входах 1 и 2, а | 7?1//2 |2 и | В 2/12 |2 — отраженные нормирован ные мощности.
436 |
Глава 9 |
элементов, определяются как | ХЛЛ |2 п | А АВ |2 при возбуждении входа А п | Х ВЛ |2 и | Х БВ |2 при возбуждении входа В. Отметим, что отраженные мощности являются функциями двух ортогонально поляризованных волн, связанных с входами А п В. Поэтому, напрпмер, завпспмостп согласования от угла сканирования отли чаются прп линейной и круговой поляризациях.
3.4.Процесс оптимизации согласования
Впроцессе оптимизации согласования широко используется быстродействующая ЭВМ. Процесс начинают с построения неболь шой решетки нз пробных элементов. Выбор апертурной секции пробного элемента завпспт от конкретных требований, предъяв
ляемых к данной системе. Коэффициенты связи {iSj^ } на одной
из частот используются для расчета коэффициентов отражения Г1'1 пробного элемента решетки в функции угла сканирования [см. выражение (21)]. Коэффициенты отражения и найденная из измерений переходная матрица рассеяния [| С?|| фидерной системы позволяют определить коэффициенты отражения Х АА, Х АВ, Х ВА п Х БВ [см. выражения (22) — (25)]. По комплексным коэффициен там отражения рассчитываются отраженные мощности в функции угла сканпрованпя, н ЭВМ представляет результаты расчета в виде карт, аналогичных показанной на рис. 9.6. Такие карты позволя ют визуально оценивать достигнутое согласование.
Используя значения Х АА, Х АВ, Х ВА и Х вв в дальнейших расче тах, можно оценить согласование в зависимости от угла сканиро вания для различных видов поляризации (напрпмер, круговой и эллиптической) пли для случая введения согласующей неодно родности. Прп этом матрица || G|| будет относиться к поляризатору пли к согласующей неоднородности [см. выражения (17) — (20)].
Матрицу рассеяния оптимальной согласующей неоднородности определяют, варьируя независимые параметры х) относительно исходных значений. Хорошие исходные значения для некоторых из независимых параметров можно получить, исходя из Х АА, Х АВ, Х вв и Х ВА. Для каждого варианта просчитываются отражен ные мощности и ЭВМ строит соответствующие карты. Визуальный анализ карт позволяет очень часто получать достаточно быструю сходимость итерационного процесса отыскания оптимальной неод нородности. Описанный процесс взаимодействия человек — маши на особенно удобно применять в ходе изготовления партии образ цов, так как он дает возможность осуществлять необходимые кор рекции.)*
*) В общем случае четырехвходовые устройства (восьмиполюсники) имеют много независимых параметров, однако соответствующий выбор согла сующей неоднородности, обладающей определенной симметрией, позволяет значительно уменьшить число этих параметров, что делает задачу обозримой.
Методы |
улучшения |
согласования ФАР |
437 |
На любой частоте |
заданного |
диапазона имеется |
некоторая |
область значений параметров, позволяющих получить приемлемую характеристику согласования в требуемом секторе сканирования. Оптимальная характеристика в диапазоне частот достигается в том случае, если параметры реальной пеоднородпости лежат в соот ветствующей области на каждой из частот диапазона.
Характеристику согласования в зависимости от угла сканиро вания для решетки оптимизированных элементов можно предска зать, если матрицу рассеяния реальной синтезированной неодно родности связать с матрицей || £|| [см. выражения (17) — (20)]. Этп расчеты затем можно подтвердить экспериментально, вводя согласующее устройство в элементы решетки, измеряя новые зна чения коэффициентов связи и рассчитывая иа ЭВМ окончательные карты отраженной мощности.
Применение данного процесса оптимизации покажем в конкрет ном случае, когда хорошая характеристика согласования была получена в полосе частот шприпой 15%. В качестве пробных элементов были взяты коаксиальпые волноводы, возбуждавшиеся ортогональными волнами типа ТЕП. В раскрыв каждого волновода помещали толстую пластину с высокой диэлектрической про ницаемостью, а элементы монтировались так, чтобы пластины не выступали из бесконечного плоского экрана. Пробный элемент был достаточно хорошо согласован, будучи изолированным на плоском экране, с помощью согласующего устройства, которое обеспечива ло КСВН меиее 1,4 в полосе шириной 15%.
На рпс. 9.12 приведены карты суммарной отраженной мощности в апертурной секции решетки из 91 пробного элемента до выпол нения оптимизации иа высокочастотном и низкочастотном краях полосы частот. В основной части сектора сканирования (от 0 до 50°) отраженная мощность находится в пределах 5—15%. Пред ставляет интерес часть мнимого пространства, заключенная между окружностями сканирования 90°, так как в бесконечной решетке отраженная мощность в этой области будет составлять 100%. На рис. 9.12, а отраженная мощность в этой области достигает 100%. Это является подтверждением того, что нами получено хорошее приближение к бесконечной решетке.
Для уменьшения числа независимых параметров матрицы рас сеяния, характеризующей неоднородность, выбрана согласующая иеоднородиость с круговой симметрией. При этом, если источник и фидерная линия элемента идеально согласованы, независимыми оказываются только два параметра. Области значений параметров, в которых достигается уменьшение отраженной мощности в рабо чем секторе сканирования, получились достаточно широкими на каждой из трех частот. Таким образом, синтез неоднородности для данного элемента был сравнительно простым.
о
!
Уровень отраженной м ощ ност и ,%
0 - 5
5 - 1 5
i’i'i'I 1 5-30
In и!
3 0 -5 0
50-75
75-100
Рис. 9.12. Полная отраженная мощность в апертурной области решетки из реальных пробных элементов (поле возбуждения имеет круговую поляризацию).
а — в н и з к о ч а с т о т н о й о б л а с т и д и а п а з о н а ; б — в в ы с о к о ч а с т о т н о й о б л а с т и д и а п а з о н а . 5
Рис. 9.13. Полная отраженная мощность в апертурной области решетки из реальных пробных элементов после проведения опти мизации согласования (поле возбуждения имеет круговую поля
ризацию).